Zespoły badawcze z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) w Niemczech oraz University of Tsukuba w Japonii opracowały nowatorskie podejście do chłodzenia stałostanowego, które do działania wykorzystuje energię cieplną zamiast elektryczności. To osiągnięcie otwiera perspektywy dla przyszłego zastosowania ciepła odpadowego oraz energii słonecznej w systemach chłodniczych.
Mechanizm działania nowego systemu
Prototyp systemu opiera się na interakcji dwóch ultracienkich folii wykonanych z materiału z pamięcią kształtu, które przekształcają energię cieplną w pracę mechaniczną, a następnie w mierzalny efekt chłodzenia. Pierwsza z tych folii, wykonana ze stopu niklowo-tytanowego, wykorzystuje efekt pamięci kształtu: po podgrzaniu kurczy się, bezpośrednio zamieniając energię cieplną w pracę mechaniczną, bez potrzeby użycia silnika elektrycznego.
Ruch wywołany w pierwszej folii jest natychmiast przenoszony na drugą folię. Tam cykliczne obciążanie i odciążanie powoduje odwracalne zmiany w strukturze krystalicznej materiału, co skutkuje generowaniem zimna. W ten sposób ciepło efektywnie zastępuje elektrycznie napędzany siłownik, który był wcześniej wykorzystywany do zasilania elastokalorycznych systemów chłodzenia.
Wyniki prototypu i przyszłe zastosowania
W testach prototypu, przy temperaturze siłownika wynoszącej 86°C, system osiągnął różnicę temperatur 4°C na poziomie komponentu. Zmiana temperatury w samym czynniku chłodniczym o charakterze elastokalorycznym wyniosła blisko 13°C. System wykazał również niezawodne działanie przy użyciu zewnętrznego źródła ciepła o temperaturze 130°C, co potwierdza jego zdolność do pracy z rzeczywistymi źródłami ciepła.
Obecny system nie jest jeszcze zoptymalizowany pod kątem maksymalnej wydajności chłodniczej, jednak zespół badawczy pracuje już nad równoległym łączeniem wielu folii w celu zwiększenia mocy chłodniczej. Potencjalne zastosowania nowej technologii są szerokie, obejmując m.in. chłodzenie procesorów w komputerach, które mogłyby wykorzystywać własne ciepło odpadowe, a także chłodzenie wrażliwej elektroniki w samochodach, czerpiąc ciepło z układu napędowego.
Dr Jingyuan Xu, kierująca grupą Young Investigator Group w ZEco Thermal Lab przy Instytucie Technologii Mikrostruktur (IMT) w KIT, podkreśla: „Wierzymy, że to dopiero początek. Poprzez skalowanie tej technologii chcemy opracować kompaktowe systemy chłodzenia, które wykorzystują obficie dostępne źródła ciepła dla zrównoważonego chłodzenia.”
Opracowano na podstawie informacji rynkowych: HVAC / branża ogólna. Inspiracja źródłowa: Cooling Post.
